Beton pevný jako skála

Beton  nabízí  široké  možnosti  využití, především mimořádnou pružnost, s jakou lze u vícevrstvých  konstrukcí  docílit  příznivých  stavebně  fyzikálních  požadavků  jako  jsou například tepelný odpor, akustická  pohoda,  tepelná  akumulace  a mnohé další.

Díky různým variantám složení betonových směsí se otevírá  možnost používání ve všech základních stavebních odvětvích.  Klíčové prvky betonové směsi tvoří tři základní složky:  kamenivo, cement a voda. Jejich konkrétní poměr a vlastnosti  jednotlivých složek zásadně ovlivňují výsledný charakter  betonové směsi. Namíchat opravdu kvalitní požadovanou  směs není tak docela jednoduchou záležitostí  a v některých firmách je řízení složení směsi přenecháno počítači. Pojďme se tedy podívat betonovým směsím na  zoubek.   

Pochází z Egypta  
Beton je materiál vznikající ztvrdnutím směsi několika složek,  konkrétně cementu hrající roli pojiva, dále kameniva (  to může být písek, štěrk, potažmo kamenná drť) zastávající  funkci plniva a v neposlední řadě vody. Jedná se o velmi  odolné, pevné, trvanlivé a spolehlivé stavivo. Jeho vznik a historie  sahá až do roku 3600 před naší letopočtem do starého  Egypta, kde byl používán pro stavbu sloupů. Tehdy  byl ještě nazýván umělým kamenem. Pozdější název beton  vznikl z francouzského: „béton“ (neboli hrubá malta). Vlastnosti  betonu jsou ovlivňovány poměrem jednotlivých složek.  Proto zvláštních vlastností betonové směsi se dosahuje přidáváním  příměsí a přísad. Jeho velkou předností je dobrá  zpracovatelnost a tvarovatelnost podle tvaru použitého bednění a v neposlední řadě hlavně pevnost a houževnatost po  dosažení konečného vytvrdnutí. Existují různé druhy betonů,  které se liší objemovou hmotností, pevnosti, dobou tvrdnutí,  výrobou, vyztužením a uložením. Rozeznáváme tak lehký  beton, prostý beton, beton s nízkým obsahem cementu, čerpaný  beton, beton zpracovávaný na místě, vodostavebný  beton a železobeton.   

Betonová chemie  
Vlastnosti betonové směsi nebo výsledné vlastnosti betonu  ovlivňujeme přísadami, které přidáváme ke složkám betonu  při míšení. Přísady jsou většinou tekuté, některé jsou sypké.  Na stavbu se dodávají v sudech nebo v cisternách. Většinou  se musí chránit proti mrazu. Sypké přísady se dopravují  a skladují obdobně jako cement. Nejvíce užívaným druhem  jsou takzvané plastifikátory zlepšují zpracovatelnost betonové  směsi při normálním dávkování vody. Vytvářejí řidší konzistenci betonové směsi. Jejich zásluhou lze snížit dávkování  vody a zároveň zachovat konzistenci požadované betonové  směsi. Zčásti působí jako provzdušňovací přísada. Pro  tekuté a vysokopevnostní betony a pro betony s požadovaným  vysokým růstem pevnosti jsou zvláště v zimní období  nutné superplastifikátory.   

Urychlovače a zpomalovače  
Je nutné také použít provzdušňující přísady. Ty dosahují rovnoměrného  rozložení pórů v betou a zlepšují jeho odolnost  proti mrazu a rozmrazovacím solím. póry nahrazují jemné  částice kameniva a to má za následek lepší zpracovatelnost.  Další důležitou skupinou přísad jsou urychlovače tvrdnutí  a tuhnutí. Jsou to obvykle tekuté látky na bázi chloridů  (nejčastější je chlorid vápenatý), je nutné dodržovat dávkování,  protože chloridy způsobují korozi oceli a betonu. Zvyšují  počáteční pevnost a zkracují odbedňovací lhůty, což je  dobré pro betonáž v zimě. Naopak při betonážích za velkých  teplot se neobejdeme bez zpomalovačů tvrdnutí a tuhnutí.  Ty zároveň působí jako plastifikátory a zvyšují pevnost  betonu. V neposlední řadě jsou také důležité stabilizátory,  které zabraňují rozmíšení betonové směsi a snižují odpad  a prašnost u stříkaných betonů. Využívají se také pro lehké,  čerpané podhledové betony a při dopravě betonové směsi  na větší vzdálenost.  

Návrh betonové směsi  
Odborně vypracovaný návrh směsi má několik kroků. První  zahrnuje stanovení vstupních parametrů z projektové dokumentace.  Dále se navrhují konkrétní složky směsi: U kameniva  se podle výpočtů stanoví maximální možná hrubost   zrna a zároveň se bere ohled na to, aby kamenivo pocházelo  z nejbližší možné lokality těžení. Vybíráme z písku, štěrku  nebo z recyklovaného kameniva. Běžné betony jsou vyráběny  nejméně ze dvou frakcí kameniva – z široké frakce hrubého  a drobného kameniva. Třífrakční kameniva se používají  do betonů vyšších pevností. Před použitím cementu  musíme zkontrolovat údaje o konci záruční doby, protože  po jejím uplynutí cement ztrácí své základní vlastnosti -vaznost  a objemovou stálost. Kromě přídavku vody lze přimíchat  i další látky. Zejména v posledních letech se vyvíjejí nové  technologie zaměřené na přidávaní i dalších příměsí nebo  prvků, které způsobí nové speciální vlastnosti betonu. Další  krok představuje konkrétní navrhnutí směsi, tedy již přesné  množství cementu v závislosti na pevnosti betonu a zpracovatelnosti  betonové směsi, přesné množství vody a kameninové  složky. Pokud celková konzistence nevyhovuje našim  požadavkům, upravíme ji přidáním vody nebo cementu. Profesionální  firmy jako závěrečný krok provádějí zkoušky a testy  výsledného produktu – zda splňuje požadovanou kvalitu  a má odpovídající vlastnosti: pevnost v tlaku, vodotěsnost,  zkouší se konzistence čerstvé betonové směsi a obsah vzduchu  v ní.   

Pusťme vzduch  
Provzdušňující přísady jsou používány u betonů od nichž  je očekávána vysoká odolnost proti mrazu a proti přímému  působení chemických rozmrazovacích látek. Provzdušňující  přísady vytváří v betonu uzavřené vzduchové bubliny   o velikosti do 0,3 mm. Vzduchové bubliny přerušují kapiláry  v zatvrdlém betonu a vytvářejí prostor pro nabývání mrznoucí  vody v kapilárách. Vzduchové bubliny způsobují u čerstvého betonu lepší zpracovatelnost a provzdušňující přísady  má také plastifikační účinky. Vzhledem k plastifikačním účinkům  je možné snížit obsah jemných částic, například písku  v betonu a nebo použít provzdušňující přísadu u betonů  s nízkým obsahem jemných částic v písku. Při návrhu složení  provzdušněné betonové směsi je třeba mít na zřeteli, že provzdušnění  snižuje pevnost betonu (1 % obsahu vzduchu způsobí  pokles pevnosti o cca 4 procenta). Provzdušnění betonu  má také vliv na jeho tvrdnutí. Vzduchové póry zpomalují  tvrdnutí betonu. Obsah vzduchu je dán především intenzitou  míchání betonové směsi, ale závisí na řadě dalších faktorů.  Například při vyšších teplotách se obsah vzduchových bublin  v betonu snižuje.  

Lepší bez železa  
Beton obecně má pevnost v tahu rovnou jedné šestině až  jedné desetině pevnosti v tlaku. Z tohoto důvodu se pro  nosné konstrukce beton vyztužuje ocelovou výztuží, která  přenáší tahová napětí v betonu. Nosné betonové konstrukce  by měly být vždy navrženy statikem a měly by být zhotovovány  pod dozorem odpovědného pracovníka, protože při  jejich poškození může být ohroženo zdraví a nebo životy lidí.  Tyto konstrukce by drobný stavebník neměl vůbec sám provádět,  pokud si váží svého zdraví a zdraví svých blízkých.  Nenosné konstrukce většinou není nutné vyztužovat ocelovou  výztuží, ale mnohdy je vyztužení doporučováno. Panuje  všeobecný názor, že ocelová výztuž zvyšuje odolnost betonové konstrukce. Toto někdy platí, ale někdy může použití  ocelové výztuže naopak betonové konstrukci ublížit.  

Obalená ocel
  
Při používání ocelové výztuže je třeba dodržet tloušťku  krycí vrstvy betonu kolem ocelové výztuže, a to ze všech  stran. Například ocelová síť uložená na spodní plochu  betonu a zalitá betonem je téměř nefunkční a časem způsobí  závady na betonové konstrukce. Taktéž výztuž, která  je uložena blízko horního povrchu betonu, způsobí časem  závady na betonové konstrukci. Tenké dráty ocelové výztuže  (do průměru 10 mm) postačí chránit vrstvou 10 mm betonu  u konstrukcí uvnitř objektu, které budou trvale suché.  U konstrukcí, které budou vlhké a nebo budou vystaveny  povětrnosti je třeba chránit ocelovou výztuž vrstvou betonu  silnou alespoň 30 mm. Tuto krycí vrstvu nelze u subtilních  betonových výrobků a nebo tenkých desek vesměs dodržet.  I při nižších krycích vrstvách lze dosáhnout velké životnosti  betonu, ale pouze v případě, že se jedná o beton vysokých  pevnostních tříd s vysokou odolností proti povětrnosti. Takovýto  beton nelze v domácích podmínkách vůbec vyrobit.  Výroba takovéhoto betonu je kromě speciálního složení podmíněna  i způsobem zpracování například vibrolisováním.   

Prokletá karbonatace  
Ocelová výztuž je v betonu chráněna alkalickým prostředím.  Toto alkalické prostředí způsobuje hydroxid vápenatý, který vzniká při tvrdnutí betonu. Vlivem vlhkosti je ale  tento hydroxid vyplavován na povrch betonu, kde reaguje  se vzdušnou vlhkostí na uhličitan vápenatý. Tímto procesem  ztrácí povrchová vrstva betonu postupně svoji alkalitu  a neutralizuje se. Tomuto procesu se odborně říká karbonatace  betonu. Karbonatace sama o sobě nemá zásadní vliv na  životnost betonu. ale ztrátou alkality přestává beton chránit  ocelovou výztuž před korozí. Korozí ocelové výztuže vznikají  oxidy železa, které mají několikanásobně větší objem  než vlastní ocel. Tyto korozní zplodiny vyvolávají nabýváním  tahová napětí v betonu, která se projevují po čase vznikem  trhlin v místě uložení ocelové výztuže až po oddělení  celé krycí vrstvy. Klasickým případem těchto poruch jsou plotové  sloupky a nebo tenké plotové desky. Obnaženou ocelovou  výztuž ale můžeme vidět i na jiných konstrukcích. Podíváme- li se do historie betonu, tak největší životnost měly  konstrukce, které nebyly vyztuženy ocelovou výztuží. Například  nevyztužený obrubník je sice křehký a může prasknout  při špatné manipulaci a nebo po nárazu vozidlem, ale nedojde  k jeho totální destrukci vlivem koroze ocelové výztuže.  Vyztužený obrubník sice vydrží i nešetrnou manipulaci, ale  po čase se z něho odlupují vrstvy betonu a dojde k obnažení  povrchu výztuže, není-li tato výztuž chráněna dostatečnou  vrstvou betonu.  

Japonské novoty  
Mezi již zmíněné nové technologie patří přidávání ocelových  drátků, vláken nebo specifických přísad pro odlehčení  betonu. Jako přísada se používají i některé chemické látky,  popílky, strusky, pigmenty a další příměsi. Mezi novinky patří  i samozhutnitelný beton s vysokou pohyblivostí, který teče  bez působení vnějších sil a to díky superplastifikačním  přísadám. Ty slouží pro dobrou zpracovatelnost betonu. Daní  za tyto přednosti je ovšem dvojnásobná doba míchání  betonové směsi. Vývoj tohoto druhu probíhá v Japonsku od  roku 1983 a praktické využití je směřováno pro konstrukce  složitých tvarů i pro stavbu. V České republice se zatím  držíme převážně osvědčené klasiky, která má ve finální fázi  stejné nebo velmi podobné vlastnosti jako samozhutnitelný  beton.  

Praktické rady na závěr  
Nejdražší složku betonové směsi tvoří cement, proto usilujeme  o vyrobení kvalitní směsi s požadovanou pevností ale  zároveň s co nejmenším použitím cementu. Pevnost betonu  roste s množstvím cementu až do hodnoty 450 kg cementu  na 1 m3 hotového betonu. Větší dávkou pevnost betonu  už nijak neovlivníme. Množství vody vyplývá z minimálních  hodnot pro hydrataci betonu. Pro 1kg cementu je zapotřebí  0,23 l vody. Vyztužování nenosných betonových prvků  a konstrukcí vystavených vlhkosti a nebo povětrnosti pouze  v případech, že bude dodržena tloušťka krycí vrstvy betonu  a beton bude mít dostatečnou odolnost proti povětrnosti.  Není-li možné toto dodržet, je pro životnost betonu vhodnější  výztuž nepoužívat a nebo použít výztuž z nerezavějící  oceli. Ta je ale jednak velmi drahá a navíc těžko dostupná.   

Text: Jiří Kropylák 
Foto: Zapa beton, archiv autora  

Napsat komentář